站姿稳定性感觉干扰效应及其控制机制

发布时间：2020-04-28 01:05

【摘要】：站姿稳定性多感觉整合与控制特指姿势控制系统(PCS)将来自相同或者不同姿势感觉通道的冗余信息整合为统一的、有效的和稳定的内部姿势表征并耦合姿势控制机制实现站姿稳定的信息处理与系统控制活动,是人类适应环境、生活、工作和学习的重要生理功能和大脑信息处理的重要特征,在工程心理学、人因工程、临床医学、运动科学乃至智能机器人控制等领域具有重要的研究意义和应用价值,被公认是当代脑与神经科学研究的重要内容之一。PCS是实现站姿多感觉整合和姿势控制的结构与功能系统,由站姿多感觉传入、大脑多感觉整合以及多肌群和多机制姿势控制三个基本功能模块组成,其中,视觉传入提供身体相对空间位置和身体运动状态等信息,位觉传入提供头部空间位置和身体直线与旋转运动速度变化信息,本体觉传入提供肢体空间位置、肢体间位置关系以及运动状态等信息,足底触觉传入提供外部参照稳定性信息。大脑多感觉整合机制根据不同姿势感觉通道传入信息的可靠性,通过多感觉交互和权重调整(reweighting)机制,动态构建“身体姿势内部表征”,实现多重干扰环境下的身体姿势精准判断;中枢多肌群、多机制姿势控制通过前馈控制、反馈控制和随意控制形成的预期姿势调节、补偿姿势调节和随意姿势调节,针对不同环境任务条件,运用不同姿势控制策略,启动并协调姿势肌肉和动作肌肉活动,快速有效地应对各种内部和外部姿势干扰对身体重心稳定性和肢体空间定位的负面影响,实现站姿稳定性的多肌群和多机制协同控制。以往采用“感觉阻断与感觉干扰”范式研究指出,静态站立条件下以站姿足底压力中心(COP)和身体质心(COM)反映的站姿稳定性具有明显的站姿多感觉输入依从性。在稳定支撑界面站立时,站姿稳定性控制约70%的姿势信息来自本体觉感受器,20%来自前庭位觉感受器,10%来自视觉感受器;而在非稳定支撑界面站立时,PCS将调整感觉权重,更多依赖于前庭位觉感受器和视觉感受器获取姿势信息。然而,在此条件下,PCS如何依据多感觉输入和多感觉整合所形成的内部姿势表征启动多肌群姿势控制机制来维系站姿稳定性,目前尚不完全清楚。本研究将基于站姿稳定性的“多感觉整合模型”和姿势控制的“预期和补偿姿势调节理论”,在不改变位觉信息输入的条件下,通过改变视觉、本体觉和足底触觉感觉输入的可靠性,观察其对站姿稳定性、站姿肌肉活动和站姿姿势调节的影响,深入研究和探讨站姿稳定性的感觉-运动控制组织策略。论文围绕视觉、本体觉和足底触觉感觉干扰对静态站姿稳定性、站姿肌肉活动和站姿姿势调节影响的科学问题,形成了三个部分的6个系列实验研究。实验研究结果表明:(1)视觉、触觉和本体觉干扰造成的感觉信息不确定性和站姿难度能够显著破坏静态站姿稳定性;(2)视觉、触觉和本体觉干扰和站姿难度对站姿稳定性、站姿肌肉活动和站姿姿势调节具有相似的作用;(3)姿势控制系统可以通过提前启动部分姿势肌肉预激活时间和增强预激活强度来应对姿势感觉干扰和站姿难度对站姿稳定性的影响,即以“髋关节姿势肌群控制策略”为主应对感觉干扰的作用,而以“下肢姿势肌群控制策略”为主应对站姿难度的影响。
【图文】：

动态反应,中枢神经系统,姿势,丘脑

姿势控制中发挥重要作用。理解姿势控制的现代方法假定中枢的某些部分处理感觉信息并逡逑使身体产生对外部（或内部）干扰的反应，因此类似于是感觉运动反馈的规划中心。逡逑大脑可被分为三个主要部分（见图１．２）：邋（ｉ）前脑，（ｉｉ）中脑和（ｉｉｉ）后脑。前脑包逡逑括大脑、丘脑和下丘脑。大脑皮层由运动区、感觉区和联合区，其中联合区负责诸如多感逡逑宫联系、记忆和沟通等复杂功能。大脑包围着的一个结构叫做丘脑，是感觉和运动信号的逡逑协调中心。丘脑将感觉输入传递到大脑皮层的主要感觉区。前脑另一个重要结构是下丘脑，逡逑位于大脑腹侧、丘脑下方。下丘脑是自主神经系统、副交感神经和交感神经系统的主要控逡逑制中心。中脑的位置介于前脑的丘脑和下丘脑、后脑的脑桥之间。中脑有大量不同的尤其逡逑是与视觉、肌肉随意运动及其它重要功能有关的纤维神经束通过。中脑主要包含海马体和逡逑基底神经节。海马体主要负责短时记忆。基底神经节则主要但并不是唯一负责粗略的运动。逡逑基底神经节损伤会导致僵直、肌张力减退和帕金森病。后脑包括脑桥、小脑和延髓。脑桥逡逑将信息传递到小脑，包含纤维从大脑皮层下行控制头、四肢和躯干的肌肉。小脑接受来自逡逑于脊髓的躯体感觉输入，来自于大脑皮层的运动信息，以及来自于前庭系统的平衡信息输逡逑入。小脑主要功能是负责调节肌肉紧张，整合运动和感觉通路以及平衡的空间认知。延髓逡逑和脑桥负责调节血压和呼吸。中脑和后脑共同构成脑干，该名称来源于其是大脑中连接脊逡逑髓和前脑的部分。脑干利用感觉器官接受环境变化信息

身体状态,反馈模型,整合模型,姿势

足以有效地描述干扰对站姿稳定性的影响（Ｃｒ邋６邋ｔｕａｌ，邋２０１５）。基于ＣＯＰ稳定裕ＣＯＭ进逡逑行平衡调节的相关研究结果，多数研究者认为身体控制姿势摆动的运动类似于倒立钟摆逡逑（参见图１．３），该模型仅包括踝关节在内的一个节段，不涉及髋关节和膝关节。逡逑ｊ逡逑嫌觉系绫逦ｃ－逦＾逡逑＾邋０（＾５邋＞＊？＊？＊＊？逡逑图〖．３静态站立的倒钟摆模型逡逑（２）姿势控制模型逡逑关于人体姿势控制的研究已经有５０多年的历史，研究者们已经提出了姿势控制的概逡逑念模型和计算模型。姿势控制模型的建立推动了临床和康复领域对平衡障碍患者的诊断和逡逑治疗。目前为止，已有多个姿势控制模型被研究者提出，且仍有新的模型被不断提出。多逡逑数人体直立姿势控制模型关注的是感觉整合（ＰＥＴＥＲＫＡ，邋２００２；邋ｖａｎ邋ｄｅｒ邋Ｋｏｏｉｊ，邋Ｊａｃｏｂｓ，，逡逑Ｋｏｏｐｍａｎ，邋＆邋ｖａｎ邋ｄｅｒ邋Ｈｅｌｍ，邋２００１），姿势反应策略（即踩关节策略和髓关节策略）逡逑（Ｐａｒｋ，Ｈｏｒａｋ邋＆邋Ｋｕｏ，邋２００４）和认知交互（Ｍａｈｂｏｏｂｉｎ，Ｌｏｕｇｈｌｉｎ邋＆邋Ｒｅｄｆｅｒｎ，邋２００７）三个方逡逑面。近年来，研究者们开始将人体姿势系统的时间变异性和非线性特征整合到现有模型中逡逑（Ｍｅｒｇｎｅｒ，邋Ｓｃｈｗｅｉｇａｒｔ，邋Ｍａｕｒｅｒ，邋＆ＢｌＵｍｌｅ，邋２００５）。现有众多姿势控制模型中的经典模逡逑型包括Ｐｅｔｅｒｋａ（ＰＥＴＥＲＫＡ
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：B842

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